JP2021152450A - Imaging device, and imaging system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、撮像装置、および撮像システムに関する。 The present disclosure relates to an imaging device and an imaging system.
光は電磁波であり、波長または強度以外に、偏光または干渉性などの光学特性によって特徴づけられる。例えば、特許文献1は、光学特性のうち、光の干渉性を利用する光検出装置を開示している。当該光検出装置では、被写体からの透過光または反射光の光学的特性のうち、光の位相差を、煩雑な操作なしに測定することができる。
Light is an electromagnetic wave and is characterized by optical properties such as polarization or coherence, as well as wavelength or intensity. For example,
本開示は、被写体の光学的特性を、より精度良く測定することができる撮像技術を提供する。 The present disclosure provides an imaging technique capable of measuring the optical characteristics of a subject with higher accuracy.
本開示の一態様に係る撮像装置は、グレーティングを含み、所定の波長および所定の入射角の光が入射したときに、前記光を導波する光結合層と、前記光結合層下に配置され、撮像面を有し、前記撮像面に沿って周期的に配置された複数の光検出器と、を備え、前記光のコヒーレンス長をa[μm]とし、前記光結合層内を前記グレーティングが周期を有する方向に沿って導波する光の導波距離をb[μm]とし、前記複数の光検出器が有する周期をp[μm]とするとき、
本開示の一態様にかかる撮像装置によれば、被写体の光学的特性を、より精度良く測定することができる。 According to the image pickup apparatus according to one aspect of the present disclosure, the optical characteristics of the subject can be measured more accurately.
(本開示の一態様に至った経緯)
以下に、従来の光検出装置の原理を説明する。
(Background to one aspect of this disclosure)
The principle of the conventional photodetector will be described below.
図14Aは、従来の光検出装置1401において検出画像を取得する原理を説明する図である。図14Aでは、光検出装置1401において、光が入射し、光検出器1404に到達するまでの光路が模式的に示されている。なお、図14Aでは、説明の便宜上、直交するX軸、Y軸、およびZ軸の配置が示されている。以下の図についても同様である。
FIG. 14A is a diagram illustrating a principle of acquiring a detected image in the
光検出装置1401は、遮光膜1402と、光結合層1403と、複数の光検出器1404とを備える。
The
複数の光検出器1404は、複数の第1の光検出器1404a、および複数の第2の光検出器1404Aを含む。遮光膜1402は、複数の開口部1402a、および複数の遮光部1402Aを含む。複数の第1の光検出器1404aは、それぞれ複数の開口部1402aに対向する。複数の第2の光検出器1404Aは、それぞれ複数の遮光部1402Aに対向する。
The plurality of
図14Aに示す光結合層1403の内部において、左右方向における矢印の長さは、光の導波距離の長さを模式的に表している。導波距離とは、定性的には、光結合層1403に結合した光が導波方向に進み得る距離を意味する。導波距離の定量的な定義および測定方法については後述する。
Inside the
図14Aに示す例において、4つの開口部1402aのうち右側の2つには、左側の2つと位相が180度異なる光が入射するとする。位相が180度異なるとは、すなわち逆相の光を意味する。図14Aに示す例において、中央に位置するZ方向に平行な破線は、位相差が存在する部分を表している。導波距離が、開口部1402aと、それに隣接する遮光部1402Aと間の距離程度である場合、光結合層1403内部では、互いに隣接する2つの開口部1402aに入射した光のみが干渉する。
In the example shown in FIG. 14A, it is assumed that two of the four
その結果、左から2番目の開口部1402aに入射する光、および左から3番目の開口部1402aに入射する光は、逆相であることから、弱め合って第2の光検出器1404Aに入射する。一方、左から1番目の開口部1402aに入射する光、および左から2番目の開口部1402aに入射する光は、同相であることから、強め合って第2の光検出器1404Aに入射する。同様に、左から3番目の開口部1402aに入射する光、および左から4番目の開口部1402aに入射する光は、同相であることから、強め合って第2の光検出器1404Aに入射する。これにより、4つの開口部1402aに入射する光の位相差は、光量に変換される。左から2番目の開口部1402aと、左から3番目の開口部1402aとの間に存在する第2の光検出器1404Aでは、低い光量が検出される。言い換えれば、位相差が存在する箇所では、光量の変化が発生する。これが、位相差を示す像として検出画像を取得する原理である。
As a result, the light incident on the
図14Aに示す例では、前述したように、導波距離は、開口部1402aと、それに隣接する遮光部1402Aと間の距離程度である。しかし、実際には、従来の光検出装置1401において、導波距離がより長い場合があった。
In the example shown in FIG. 14A, as described above, the waveguide distance is about the distance between the
図14Bは、従来の光検出装置1401において、検出画像を取得する原理を説明する他の図である。図14Bに示すように、従来の光検出装置1401では、ある開口部1402aに入射した光が、光結合層1403において結合して、隣接しない遮光部1402Aにまで到達する。このように、導波距離が、図14Aに示す例よりも長い場合があった。なお、図14Bに示す例では、煩雑さを防ぐために、光結合層1403内における矢印は、Z方向にずれて配置されている。当該矢印は、光伝搬の物理的な位置がZ方向においてずれていることを意味するものではない。
FIG. 14B is another diagram illustrating the principle of acquiring a detected image in the
図14Bに示す例では、左から1番目の開口部1402aに入射する光、および左から3番目の開口部1402aに入射する光は、逆相であることから、弱め合って第2の光検出器1404Aに入射する。同様に、左から2番目の開口部1402aに入射する光、および左から4番目の開口部1402aに入射する光は、弱め合って第2の光検出器1404Aに入射する。その結果、位相差が存在する箇所だけでなく、それに隣接する箇所においても、光量の変化が生じる。本明細書において、位相差が本来存在しない箇所において光量が変化することを、「ゴースト」と称する。
In the example shown in FIG. 14B, the light incident on the
導波距離は、例えば光結合層におけるグレーティングの深さ、ピッチ、屈折率、膜厚、および層数によって決定づけられる。しかし、ある特定の光結合層の構成において、計算上では導波距離が短かったとしても、製造上の制約条件により、現実には計算通りの導波距離が得られるとは限らない。当該制約条件は、例えば、グレーティングを十分深く形成できないこと、またはグレーティングの形状、屈折率および膜厚に、誤差、またはばらつきが生じることである。 The waveguide distance is determined, for example, by the grating depth, pitch, refractive index, film thickness, and number of layers in the optical coupling layer. However, in the configuration of a specific optical coupling layer, even if the waveguide distance is short in calculation, the waveguide distance as calculated is not always obtained in reality due to manufacturing constraints. The constraint is, for example, that the grating cannot be formed deep enough, or that the shape, refractive index and film thickness of the grating vary or vary.
また、導波距離は、例えば光検出装置1401に入射する光の偏光方向、または波長によっても決定づけられる。一般に、グレーティングにTE偏光の光が入射した場合、TM偏光の光よりも導波距離が短くなる傾向にある。これは、TE偏光の光の方が、TM偏光の光よりも、グレーティング構造を備える導波路に結合しやすく、放射しやすいからである。しかし、計算上では、TE偏光の光が入射したときの導波距離を短くすることができたとしても、現実の撮影環境では、TE偏光以外の光が撮像装置に入射することがあり得る。
The waveguide distance is also determined by, for example, the polarization direction or wavelength of the light incident on the
たとえTE偏光の光が光源から出射されたとしても、被写体が旋光性または散乱性を有する媒質である場合には、光検出装置1401に入射する光は、TM偏光の成分、またはランダム偏光の成分を含み得る。この場合、光検出装置1401の前に偏光子を配置すれば、光検出装置1401に入射する光をTE偏光の光に限定することができる。しかし、光量そのものが減少し得る。
Even if the TE-polarized light is emitted from the light source, if the subject is a medium having optical rotation or scattering property, the light incident on the
本発明者は、以上の検討に基づき、以下の項目に記載の撮像装置に想到した。 Based on the above studies, the present inventor has come up with the image pickup apparatus described in the following items.
[第1の項目]
第1の項目に係る撮像装置は、グレーティングを含み、所定の波長および所定の入射角の光が入射したときに、前記光を導波する光結合層と、前記光結合層下に配置され、撮像面を有し、前記撮像面に沿って周期的に配置された複数の光検出器と、を備え、前記光のコヒーレンス長をa[μm]とし、前記光結合層内を前記グレーティングが周期を有する方向に沿って導波する光の導波距離をb[μm]とし、前記複数の光検出器が有する周期をp[μm]とするとき、
The imaging apparatus according to the first item includes a grating, and is arranged under the optical coupling layer and an optical coupling layer that waveguides the light when light of a predetermined wavelength and a predetermined incident angle is incident. A plurality of light detectors having an imaging surface and periodically arranged along the imaging surface are provided, the coherence length of the light is a [μm], and the grating cycles in the optical coupling layer. When the waveguide distance of the light waveguide along the direction of the light is b [μm] and the period of the plurality of light detectors is p [μm],
[第2の項目]
第1の項目に係る撮像装置において、前記光結合層上に配置された遮光膜を備え、前記複数の光検出器は、複数の第1の光検出器および複数の第2の光検出器を含み、前記遮光膜は、交互に配置された複数の開口部および複数の遮光部を備え、前記複数の開口部は、それぞれ前記複数の第1の光検出器に対向し、前記複数の遮光部は、それぞれ前記複数の第2の光検出器に対向し、
The imaging apparatus according to the first item includes a light-shielding film arranged on the optical coupling layer, and the plurality of photodetectors include a plurality of first photodetectors and a plurality of second photodetectors. The light-shielding film includes a plurality of alternately arranged openings and a plurality of light-shielding portions, each of the plurality of openings facing the plurality of first photodetectors, and the plurality of light-shielding portions. Facing the plurality of second photodetectors, respectively,
[第3の項目]
第1または第2の項目に係る撮像装置において、前記光結合層は、第1の低屈折率層と、前記第1の低屈折率層上に配置され前記グレーティングを含む第1の高屈折率層と、前記第1の高屈折率層上に配置された第2の低屈折率層とを含み、前記第1の高屈折率層は、前記第1の低屈折率層および前記第2の低屈折率層よりも高い屈折率を有してもよい。
[Third item]
In the imaging apparatus according to the first or second item, the optical coupling layer is arranged on the first low refractive index layer and the first low refractive index layer, and includes the grating. The first high refractive index layer includes the first high refractive index layer and the second low refractive index layer arranged on the first high refractive index layer, and the first high refractive index layer is the first low refractive index layer and the second low refractive index layer. It may have a higher refractive index than the low refractive index layer.
[第4の項目]
第1から第3の項目のいずれかに係る撮像装置において、前記光のコヒーレンス長は、
In the imaging apparatus according to any one of the first to third items, the coherence length of the light is
[第5の項目]
第1から第3の項目のいずれかに係る撮像装置において、前記光のコヒーレンス長は、
In the imaging apparatus according to any one of the first to third items, the coherence length of the light is
[第6の項目]
第1から第5の項目のいずれかに係る撮像装置において、前記複数の光検出器は、2次元的に配置されていてもよい。
[Sixth item]
In the image pickup apparatus according to any one of the first to fifth items, the plurality of photodetectors may be arranged two-dimensionally.
[第7の項目]
第1から第6の項目のいずれかに係る撮像装置において、前記光結合層に入射する前記光は、TM偏光の成分を含んでいてもよい。
[7th item]
In the image pickup apparatus according to any one of the first to sixth items, the light incident on the optical coupling layer may contain a component of TM polarized light.
[第8の項目]
第8の項目に係る撮像システムは、請求項1から7のいずれかに記載の撮像装置と、コヒーレンス長aの前記光を出射する光源と、を備える。
[8th item]
The imaging system according to the eighth item includes the imaging device according to any one of
以下において説明する実施形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施形態において示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 The embodiments described below are all comprehensive or specific examples. The numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions of the components, etc. shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present disclosure. Further, among the components in the following embodiments, the components not described in the independent claims indicating the highest level concept are described as arbitrary components.
本開示において、回路、ユニット、装置、部材又は部の全部又は一部、又はブロック図の機能ブロックの全部又は一部は、半導体装置、半導体集積回路(IC)、又はLSI(large scale integration)を含む一つ又は複数の電子回路によって実行されてもよい。LSI又はICは、一つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。例えば、記憶素子以外の機能ブロックは、一つのチップに集積されてもよい。ここでは、LSIまたはICと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムLSI、VLSI(very large scale integration)、若しくはULSI(ultra large scale integration)と呼ばれるものであってもよい。LSIの製造後にプログラムされる、Field Programmable Gate Array(FPGA)、又はLSI内部の接合関係の再構成又はLSI内部の回路区画のセットアップができるreconfigurable logic deviceも同じ目的で使うことができる。 In the present disclosure, all or part of a circuit, unit, device, member or part, or all or part of a functional block in a block diagram, refers to a semiconductor device, a semiconductor integrated circuit (IC), or an LSI (range scale integration). It may be executed by one or more electronic circuits including. The LSI or IC may be integrated on one chip, or may be configured by combining a plurality of chips. For example, functional blocks other than the storage element may be integrated on one chip. Here, it is called LSI or IC, but the name changes depending on the degree of integration, and it may be called system LSI, VLSI (very large scale integration), or ULSI (ultra large scale integration). A Field Programmable Gate Array (FPGA), which is programmed after the LSI is manufactured, or a reconfigurable logistic device that can reconfigure the junction relationship inside the LSI or set up the circuit partition inside the LSI can also be used for the same purpose.
さらに、回路、ユニット、装置、部材又は部の全部又は一部の機能又は操作は、ソフトウエア処理によって実行することが可能である。この場合、ソフトウエアは一つ又は複数のROM、光学ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録され、ソフトウエアが処理装置(processor)によって実行されたときに、そのソフトウエアで特定された機能が処理装置(processor)および周辺装置によって実行される。システム又は装置は、ソフトウエアが記録されている一つ又は複数の非一時的記録媒体、処理装置(processor)、及び必要とされるハードウエアデバイス、例えばインタフェース、を備えていても良い。 Further, all or part of the functions or operations of circuits, units, devices, members or parts can be performed by software processing. In this case, the software is recorded on a non-temporary recording medium such as one or more ROMs, optical discs, hard disk drives, and is identified by the software when it is executed by a processor. Functions are performed by the processor and peripherals. The system or device may include one or more non-temporary recording media on which the software is recorded, a processor, and the required hardware device, such as an interface.
以下、図面を参照しながら、実施形態を具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments will be specifically described with reference to the drawings.
(実施形態の構成)
図1は、本実施形態における撮像システム100の例を模式的に示す図である。撮像システム100は、光源1と、被写体2と、レンズ光学系3と、撮像装置4とを備える。
(Structure of Embodiment)
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of an
光源1は、一定のコヒーレンス長の光を被写体2に出射する。当該光のコヒーレンス長をaとする。コヒーレンス長aの定量的な定義および測定方法については後述する。
The
光源1は、一定の強度の光を連続的に出射してもよい。光源1は、コヒーレンス長aよりも十分長い空間パルス幅を有するパルス光を出射してもよい。光源1から出射される光の波長は任意である。被写体2が生体である場合、光源1の波長は、例えば略650nm以上略950nm以下に設定され得る。この波長範囲は、赤色から近赤外線の波長範囲に含まれる。本明細書では、可視光のみならず赤外線についても「光」の用語を使用する。
The
レンズ光学系3は、例えば、集光レンズ、またはテレセントリックレンズである。レンズ光学系3は、光源1から出射され、被写体2を透過した光を集光する。光源1、被写体2、およびレンズ光学系3の配置は、図1に示す例に限られない。レンズ光学系3は、光源1から出射され、被写体2で反射された光を集光するように配置されてもよい。レンズ光学系3は、光源1から出射され、被写体2の内部において散乱して被写体2の表面から出射された光を集光するように配置されてもよい。
The lens
集光された光は、レンズ光学系3の像面位置に結像される。図1に示すレンズ光学系3は、1つのレンズを備えているが、複数のレンズを備えていてもよい。
The focused light is imaged at the image plane position of the lens
撮像装置4は、レンズ光学系3の像面位置に配置されている。
The
図2Aおよび図2Bは、それぞれ、本実施形態における撮像装置4の例を模式的に示す断面図および平面図である。図2Aに示す断面図は、光が入射する方向に沿ったXZ平面における断面図である。当該断面図は、図2Bに示す破線によって囲まれた領域を含む。図2Bに示す平面図は、光が入射する側から見たときの撮像装置4のXY平面における平面図である。当該平面図は、後述する遮光膜9を含む。図2Aに示す断面構造を1つの単位構造として、複数の単位構造は、XY面内において周期的に配置されている。
2A and 2B are a cross-sectional view and a plan view schematically showing an example of the
撮像装置4は、複数の光検出器10と、光結合層12と、遮光膜9と、をこの順に備える。図2Aに示す例では、複数の光検出器10と、光結合層12と、遮光膜9とが、Z方向に積層されている。図2Aに示す例では、遮光膜9上に、透明基板9bとバンドパスフィルタ9pとがこの順に配置されている。
The
複数の光検出器10は、光結合層12下において、XY平面に沿って周期的に配置されている。複数の光検出器10は、XY平面内に、複数の第1の光検出器10a、および複数の第2の光検出器10Aを含む。XY平面を、「撮像面」と称することがある。複数の光検出器10は、撮像面を有するとも言い得る。
The plurality of
複数の光検出器10は、光が入射する側から、XY平面内に配置された複数の第1のマイクロレンズ11aおよび複数の第2のマイクロレンズ11Aと、透明膜10cと、配線などの金属膜10dと、Siまたは有機膜などから形成される複数の感光部とを備える。複数の感光部の各々は、X方向またはY方向において隣接する2つの金属膜10dの間に配置されている。複数の感光部は、複数の第1の光検出器10a、および複数の第2の光検出器10Aに相当する。複数の第1のマイクロレンズ11aは、それぞれ複数の第1の光検出器10aに対向するように配置されている。同様に、複数の第2のマイクロレンズ11Aは、それぞれ複数の第2の光検出器10Aに対向するように配置されている。第1のマイクロレンズ11aによって集光され、隣接する2つの金属膜10dの隙間に入射する光は、第1の光検出器10aによって検出される。同様に、第2のマイクロレンズ11Aによって集光され、隣接する2つの金属膜10dの隙間に入射する光は、第2の光検出器10Aによって検出される。
The plurality of
複数の光検出器10が有する配置周期をpとする。複数の光検出器10は、少なくとも光結合層12における光の導波方向に配置周期を有する。図2Aに示す例において、光の導波方向はX方向である。導波方向以外において、複数の光検出器10は、周期的に配置されている必要はない。
Let p be the arrangement period of the plurality of
光結合層12は、グレーティング12dを含み、所定の波長および所定の入射角の光が入射したときに、光を導波する。光結合層12の構成は、以下の通りである。光結合層12は、複数の光検出器10上に配置されている。光結合層12は、光検出器10の面直方向において、低屈折率透明層12c、高屈折率透明層12b、および低屈折率透明層12aをこの順に含む。高屈折率透明層12bは、低屈折率透明層12c上に配置されている。高屈折率透明層12bは、グレーティング12dを含む。高屈折率透明層12bは、低屈折率透明層12cおよび低屈折率透明層12aよりも高い屈折率を有する。低屈折率透明層12c、および低屈折率透明層12aは、例えばSiO2から形成される。高屈折率透明層12bは、例えばTa2O5から形成される。
The
光結合層12は、高屈折率透明層12b、および低屈折率透明層12cをこの順にさらに繰り返した構造を備えてもよい。図2Aに示す例では、合計6回繰り返した構造が示されている。高屈折率透明層12bは、低屈折率透明層12aおよび低屈折率透明層12cによって挟まれており、導波層として機能する。高屈折率透明層12bと低屈折率透明層12cとの界面、および、高屈折率透明層12bと低屈折率透明層12aとの界面に、全面に渡ってピッチΛの直線グレーティング12dが形成される。グレーティングの格子ベクトルは、光結合層12のXY平面におけるX方向に平行である。グレーティング12dのXZ平面における断面の形状は、積層される高屈折率透明層12b、および低屈折率透明層12cにも順次転写される。高屈折率透明層12bおよび低屈折率透明層12cの成膜は、積層方向において高い指向性を有してもよい。このとき、グレーティング12dのXZ平面における断面の形状をS字、またはV字状にすることにより、形状の転写性が維持されやすくなる。
The
なお、グレーティング12dは、高屈折率透明層12bの少なくとも一部に形成される。グレーティング12dにより、入射光は、高屈折率透明層12bを伝搬する導波光に結合することができる。入射光は、光結合層12内をグレーティング12dが周期Λを有する方向に沿って導波する。
The grating 12d is formed on at least a part of the high refractive index
上記のように構成された光結合層12の導波距離をbとする。導波距離bの定量的な定義および測定方法については後述する。
Let b be the waveguide distance of the
光結合層12と光検出器10との隙間は、例えば、可能な限り狭くてもよく、密着していてもよい。当該隙間、およびマイクロレンズ11aとマイクロレンズ11Aとの空間に、接着剤などの透明媒質を充填してもよい。透明媒質を充填する場合、マイクロレンズ11aおよびマイクロレンズ11Aは、レンズ効果を得るために、充填される透明媒質よりも十分大きな屈折率を有する。
The gap between the
遮光膜9は、光結合層12上に配置されている。遮光膜9は、遮光膜9のXY面内において、交互に配置された複数の遮光部9A、および複数の開口部9aを備える。図2Aに示す例では、複数の遮光部9A、および複数の開口部9aは、後述する透明基板9b上に、例えばAlから形成される金属反射膜をパターニングすることによって形成される。
The light-shielding
図2Aに示す開口部9aは、例えば図2Bに示す開口部9a1、9a2、9a3、9a4に対応する。図2Aに示す遮光部9Aは、例えば図2Bに示す遮光部9A1、9A2、9A3、9A4に対応する。複数の遮光部9Aは、それぞれ複数の第2の光検出器10Aに対向する。複数の開口部9aは、それぞれ複数の第1の光検出器10aに対向する。
The
なお、1つの開口部9aが、2つ以上の第1の光検出器10aに対向していてもよい。1つの遮光部9Aが、2つ以上の第2の光検出器10Aに対向していてもよい。
In addition, one
図2Cおよび図2Dは、複数の遮光部9Aのパターンの例を模式的に示す図である。
2C and 2D are diagrams schematically showing an example of a pattern of a plurality of light-shielding
複数の遮光部9Aは、例えば、図2Bに示すように、チェッカーパターンを形成する。複数の遮光部9Aは、チェッカーパターン以外に、例えば、図2Cに示すように、ストライプパターンを形成してもよい。
The plurality of light-shielding
複数の遮光部9Aは、他のパターンを形成してもよい。複数の遮光部9Aは、例えば図2Dに示すように、それぞれ複数の開口部9aと異なる幅を有していてもよい。図2Dに示す例では、各開口部9aの一部は、第2の光検出器10Aにも対向する。
The plurality of light-shielding
撮像装置4において、遮光膜9が存在しなくてもよい。すなわち、光結合層12上のすべての領域が開口部9aであってもよい。この場合、開口部9aは、第1の光検出器10aおよび第2の光検出器10Aの両方に対向する。遮光膜9の有無にかかわらず、少なくとも光結合層12における光の導波方向において、複数の光検出器10は周期的に配置されている。
In the
図2Aから図2Dに示す例では、複数の開口部9a、複数の遮光部9A、および複数の光検出器10は、2次元的に配置されているが、1次元的に配置されていてもよい。
In the example shown in FIGS. 2A to 2D, the plurality of
透明基板9bは、遮光膜9の光入射側に配置されている。透明基板9bは、SiO2などの材料から形成される。バンドパスフィルタ9pは、透明基板9bの光入射側に配置されている。バンドパスフィルタ9pは、入射光5のうち、波長λ0近傍の光のみを選択的に透過させる。
The
入射光5は、バンドパスフィルタ9p、および透明基板9bを経て、光6Aおよび光6aとして、それぞれ、反射膜が形成された遮光部9A、および反射膜が除去された開口部9aに至る。光6Aは、遮光部9Aによって遮光される。光6aは、開口部9aを透過し、光結合層12に入射する。光結合層12に入射した光6aは、低屈折率透明層12aを経て、高屈折率透明層12bに入射する。高屈折率透明層12bの上下の界面にはグレーティング12dが形成される。以下の式(1)を満たせば、導波光6bが発生する。
ここで、Nは、導波光6bの実効屈折率であり、θは、入射面であるXY平面の法線を基準とする入射角度である。図2Aに示す例では、光が入射面に垂直に入射している。したがって、θ=0である。この場合、導波光6bは、XY平面内をX方向に伝搬する。すなわち、開口部9aを経て光結合層12に入射した光は、X方向において隣接する遮光部9Aの方向に導波される。
Here, N is the effective refractive index of the
高屈折率透明層12bを透過して下層に入射する光の成分は、下層側にあるすべての高屈折率透明層12bにも入射する。これにより、式(1)と同じ条件で、導波光6cが発生する。図2Aに示す例では、実際には、すべての高屈折率透明層12bにおいて、導波光が発生する。図2Aに示す例では、簡単のために、2つの層において発生する導波光6bおよび導波光6cが代表して示されている。下層側において発生する導波光6cは、導波光6bと同様に、XY平面内をX方向に伝搬する。
The light component that passes through the high-refractive-index
導波光6bおよび導波光6cは、角度θで上下方向に光を放射しながら伝搬する。図2Aに示す例では、θ=0である。その放射光6B1および放射光6C1のうち、遮光部9Aに向かう成分は、遮光部9Aで反射され、XY平面における遮光部9Aの反射面の法線に沿って下方に向かう光6B2になる。光6B1、光6C1、および光6B2は、高屈折率透明層12bにおいて式(1)を満たす。したがって、光6B1、光6C1、および光6B2の一部が、再び導波光6bおよび導波光6cになる。導波光6bおよび導波光6cは、それぞれ放射光6B1および放射光6C1を新たに生成する。このようにして、同様の過程が繰り返される。全体として、開口部9aの直下では、入射光のうち、導波光にならなかった成分が、光結合層12を透過し、透過光6dとしてマイクロレンズ11aに入射し、第1の光検出器10aによって検出される。遮光部9Aの直下では、入射光のうち、導波光になった成分が、放射光6Dとしてマイクロレンズ11Aに入射し、第2の光検出器10Aによって検出される。
The
開口部9aは、撮像装置4における透光領域でもある。開口部9aを通じて入射した光は、分岐して、直下の光検出器10aと、X方向において隣接する左右の光検出器10Aとによって検出される。
The
複数の光検出器10に含まれる複数の第1の光検出器10aおよび複数の第2の光検出器10Aは、光量を検出する。検出した光量の信号は、検出画像として出力される。
The plurality of
複数の第1の光検出器10aのうち、図2Bに示す開口部9a1から開口部9a4にそれぞれ対向する4つの光検出器が、それぞれq1からq4の光量を検出するとする。同様に、複数の第2の光検出器10Aのうち、図2Bに示す遮光部9A1から遮光部9A4にそれぞれ対向する4つの光検出器が、それぞれQ1からQ4の光量を検出するとする。q1からq4は、導波光にならなかった光の検出光量であり、Q1からQ4は、導波光になった光の検出光量である。開口部9a1の直下の光検出器では導波光になった光の光量が検出されず、遮光部9A2の直下の光検出器では導波光にならなかった光の光量が検出されない。ここで、開口部9a1の直下の検出位置において、導波光になった光の検出光量が、Q0=(Q1+Q2+Q3+Q4)/4またはQ0=(Q1+Q2)/2と定義される。同様に、遮光部9A2の直下の検出位置において、導波光にならなかった光の検出光量が、q0=(q1+q2+q3+q4)/4またはq0=(q1+q2)/2と定義される。すなわち、遮光部9Aまたは開口部9aのある領域における検出光量は、当該領域にX方向および/またはY方向において隣接する複数の領域の直下における複数の検出光量の平均値と定義される。この定義をすべての領域に適用することにより、複数の光検出器10に含まれるすべての第1の光検出器10aおよび第2の光検出器10Aにおいて、導波光にならなかった光の検出光量と、導波光になった光の検出光量とを定義することができる。導波光にならなかった光の検出光量と、導波光になった光の検出光量とが、上記のように定義されるとする。これらの検出光量の比の値、またはこれらの検出光量の和を基準とする各検出光量の比の値が、光検出器ごとに算出される。算出した当該値を、各光検出器に相当する画素に割り当てることにより、画像が生成される。上記の演算処理により、位相差の空間分布の情報を含む検出画像が得られる。
Of the plurality of
(実施形態の動作)
以下に、本実施形態における撮像装置4においてゴーストが低減される原理を説明する。
(Operation of the embodiment)
The principle of reducing ghosts in the
図3は、本実施形態における撮像装置4において、光が入射し、複数の光検出器10に到達するまでの光路を模式的に示す図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing an optical path in which light is incident and reaches a plurality of
図3に示す例では、光結合層12において、左から1番目の開口部9aに入射する光、および左から3番目の開口部9aに入射する光が、互いに重なり合っている。同様に、左から2番目の開口部9aに入射する光、および左から4番目の開口部9aに入射する光が、互いに重なり合っている。
In the example shown in FIG. 3, in the
従来と異なる点は、入射光5のコヒーレンス長aを、光結合層12における導波距離bを基準として短く制限することである。
The difference from the conventional point is that the coherence length a of the incident light 5 is shortly limited with reference to the waveguide distance b in the
図4は、光結合層12の内部を伝搬する光についての、コヒーレンス長aと導波距離bとの関係を模式的に示す図である。左から伝搬する光41、および右から伝搬する光42は、破線によって囲まれた領域に示すように、導波距離bの範囲内において互いに重なり合う。しかし、光41および光42のコヒーレンス長aは、導波距離bよりも短い。そのために、光が重なり合うにもかかわらず、干渉が生じないという現象が起こる。これは、コヒーレンス長aよりも遠く離れた場所に位置する光同士は、互いに位相の相関関係を有さないことに起因する。
FIG. 4 is a diagram schematically showing the relationship between the coherence length a and the waveguide distance b for the light propagating inside the
その結果、図3に示す例では、光結合層12において、互いに隣接する2つの開口部9aに入射した光同士のみが干渉する。図14Aに示す例と同様に、左から2番目の開口部9aに入射する光、および左から3番目の開口部9aに入射する光は、逆相であることから、弱め合って第2の光検出器10Aに入射する。一方、左から1番目の開口部9aに入射する光、および左から2番目の開口部9aに入射する光は、同相であることから、強め合って第2の光検出器10Aに入射する。同様に、左から3番目の開口部9aに入射する光、および左から4番目の開口部9aに入射する光は、同相であることから、強め合って第2の光検出器10Aに入射する。これにより、ゴーストが低減される。その結果、位相差が存在する箇所において光量の変化が発生し、位相差が存在しない箇所では光量の変化はほとんど発生しない。
As a result, in the example shown in FIG. 3, in the
少なくとも、コヒーレンス長aが、隣接する2つの開口部9aの間の距離の半分以上であるとき、当該2つの開口部9aに入射する光は干渉する。本実施形態における撮像装置4では、隣接する2つの開口部9aの間の距離は2pである。したがって、入射光のコヒーレンス長aがp以上のとき、光の干渉が生じる。
When the coherence length a is at least half the distance between two
以下では、コヒーレンス長aと導波距離bとの定量的な関係を説明する。 In the following, the quantitative relationship between the coherence length a and the waveguide distance b will be described.
図5は、ゴーストの低減効果を説明する計算例を示す図である。レーザ光の干渉特性は、距離に応じたガウシアン曲線の変化によって表される。ガウシアン曲線の幅は、コヒーレンス長aを表している。一方、光結合層12の導波特性は、距離に応じた指数関数的な変化によって表される。これは、光結合層12において結合された光が、Z方向に光を放射しながら伝搬することに起因する。導波する光の減衰の度合いは、導波距離bによって決定される。
FIG. 5 is a diagram showing a calculation example for explaining the ghost reduction effect. The interference characteristics of laser light are represented by changes in the Gaussian curve with distance. The width of the Gaussian curve represents the coherence length a. On the other hand, the waveguide property of the
したがって、干渉性を有する光の導波特性は、レーザ光の干渉特性に、光結合層12の導波特性を乗じることによって得られる。図5に示すハッチングされた領域は、光結合層12の導波特性と、干渉性を有する光の導波特性とによって挟まれた領域を表している。当該領域の面積は、ゴーストの低減率Rを表している。ゴーストの低減率Rは、有意に観測可能なゴーストの低減を定量化した値である。
Therefore, the waveguide characteristic of light having coherence is obtained by multiplying the interference characteristic of laser light by the waveguide characteristic of the
レーザ光の干渉特性がピーク値の1/eに低下する距離が、コヒーレンス長aと定義される。導波する光の強度がピーク値の1/eに低下する距離が、導波距離bと定義される。このときに、ゴーストの低減率Rは、以下の式(2)によって表される。
図6は、式(2)から算出された、コヒーレンス長aと導波距離bとの関係をプロットした結果を示す図である。図6に示す例では、R=0.1、0.2、・・・、0.9のときのaとbとの関係が、直線の式によって表されている。 FIG. 6 is a diagram showing the result of plotting the relationship between the coherence length a and the waveguide distance b calculated from the equation (2). In the example shown in FIG. 6, the relationship between a and b when R = 0.1, 0.2, ..., 0.9 is expressed by a straight line equation.
ゴーストの低減率Rを10%以上とすると、aとbとの関係は、以下の式(3)によって表される。
ただし、aおよびbには、単位をμmとしたときの数値が用いられる。以下の式についても同様である。 However, for a and b, numerical values when the unit is μm are used. The same applies to the following equation.
より大きい効果を得るためにゴーストの低減率Rを30%以上とすると、aとbとの関係は、以下の式(4)によって表される。
さらに大きい効果を得るためにゴーストの低減率Rを50%以上とすると、aとbとの関係は、以下の式(5)によって表される。
さらに大きい効果を得るためにゴーストの低減率Rを70%以上とすると、aとbとの関係は、以下の式(6)によって表される。
さらに大きい効果を得るためにゴーストの低減率Rを90%以上とすると、aとbとの関係は、以下の式(7)によって表される。
上記の原理により、本実施形態における撮像装置4では、検出画像に現れるゴーストの低減、および位相差のより精度の高い測定という特別の効果が得られる。
Based on the above principle, the
本実施形態における撮像装置4では、開口部9aと遮光部9Aとが導波方向に交互に配置されている。一方、遮光部9Aが存在しなくても、ゴーストを低減する効果が得られる。
In the
以下に、遮光膜9が存在する場合と存在しない場合とにおける撮像装置4を説明する。
The
図7Aおよび図7Bは、それぞれ、遮光膜9が存在する場合の本実施形態における撮像装置4の例を示す斜視図および断面図である。図7Aおよび図7Bに示す例では、すべて同相の光が、開口部9aに入射する。遮光膜9が存在する場合、干渉を生じさせるための最小の距離は、複数の光検出器10の配置周期pである。ゴーストの低減率Rを10%以上とすると、aとbとpとの関係は、以下の式(8)によって表される。
図7Cおよび図7Dは、それぞれ、遮光膜9が存在しない場合の本実施形態における撮像装置4の例を示す斜視図および断面図である。図7Cおよび図7Dに示す例では、すべて同相の光が、開口部9aに入射する。遮光膜9の有無にかかわらず、光結合層12において光が導波することには変わりがない。遮光膜9が存在しない場合において異なる点は、干渉を生じさせるための最小の距離が、複数の光検出器10の配置周期の半分p/2になることである。ゴーストの低減率Rを10%以上とすると、aとbとpとの関係は、以下の式(9)によって表される。
さらに、コヒーレンス長aを以下のように調整すれば、本実施形態における撮像装置4において、ゴーストを低減しながら位相差像を得るための最大の効果を得ることができる。すなわち、コヒーレンス長aは、干渉を生じさせるための最小の距離と、干渉を生じさせたくない最小の距離との中間に調整される。
Further, if the coherence length a is adjusted as follows, the maximum effect for obtaining a phase difference image while reducing ghosts can be obtained in the
遮光膜9が存在する場合、干渉を生じさせるための最小の距離は、開口部9aから隣接する遮光部9Aまでの距離pである。干渉を生じさせたくない最小の距離は、開口部9aから隣接する開口部9aまでの距離2pである。これらの距離の中間であるコヒーレンス長a=1.5pのとき、最大の効果を得ることができる。1.4p≦a≦1.6pの範囲でも、同様の効果を得ることができる。
When the light-shielding
遮光膜9が存在しない場合、干渉を生じさせるための最小の距離は、開口部9aから隣接する開口部9aまでの距離の半分p/2である。干渉を生じさせたくない最小の距離は、開口部9aから隣接する開口部9aまでの距離pである。これらの距離の中間であるコヒーレンス長a=0.75pのとき、最大の効果を得ることができる。0.7p≦a≦0.8pの範囲でも、同様の効果を得ることができる。
In the absence of the light-shielding
式(8)および式(9)におけるコヒーレンス長aを複数の光検出器10の配置周期pで割れば、コヒーレンス長aを複数の光検出器10の配置周期pの何倍であるかによって規定することもできる。
If the coherence length a in the equations (8) and (9) is divided by the arrangement period p of the plurality of
(実施例)
以下では、本開示の効果を確認するために実施した実施例を説明する。
(Example)
Hereinafter, examples carried out to confirm the effects of the present disclosure will be described.
図8は、本実施例における評価系の例を模式的に示す図である。評価対象として、撮像装置4の代わりに、遮光膜9と光結合層12とを備える光学素子84が用いられた。光学素子84を透過した光が、顕微鏡によって撮影された。撮影画像内の輝度分布から、前述の演算処理によって検出画像が得られた。
FIG. 8 is a diagram schematically showing an example of the evaluation system in this embodiment. As an evaluation target, an
遮光膜9における開口部9aおよび遮光部9AのX方向における幅Wを5.6μmとした。複数の光検出器10の配置周期pを、幅Wと同じ値である5.6μmとした。光結合層12のグレーティングのZ方向における深さを0.19μmとし、ピッチを0.45μmとした。高屈折率透明層12bをTa2O5膜とし、そのZ方向における厚さt1を0.34μmとした。低屈折率透明層12aおよび低屈折率透明層12cをSiO2膜とし、そのZ方向の厚さt2を0.22μmとした。
The width W of the
光源81として、波長850nmのDFBレーザダイオードが用いられた。光源81から出射された光は、不図示のコリメータレンズによって平行光に変換された。位相差サンプル82には、厚さ1mmの石英ガラスにFIB(Focused Ion Beam)加工によってくぼみが形成された。くぼみのサイズは、90μm×56μmの長方形であり、深さは680nmであった。段差の急峻さは、光学素子84上の像において1画素未満の幅程度である。くぼみの段差をまたぐように平行光を出射すると、位相差サンプル82を透過した光は、段差を境界として急峻な位相差を有する光になる。
As the
レンズ光学系83としてテレセントリックレンズを用いて、位相差サンプル82の像が、光結合層12の出射面上に形成された。光結合層12に入射した光の導波方向は、X方向である。
Using a telecentric lens as the lens
光源81から出射される光のコヒーレンス長aは、以下の方法によって調整された。すなわち、DFBレーザダイオードの駆動電流を不図示の高周波変調電源によって600MHzで変調し、かつ、変調電流の上限値および下限値を調整する方法である。本実施例では、2種類のコヒーレンス長a=18mmおよびa=26μmが用いられた。コヒーレンス長a=18mmは、上限値65mAおよび下限値0mAの駆動電流によって得られた。コヒーレンス長a=26mmは、上限値58mAおよび下限値0mAの駆動電流によって得られた。コヒーレンス長aの測定方法については後述する。また、TM偏光の入射光の場合、光結合層12の導波距離bは18μmであった。導波距離bの測定方法については後述する。
The coherence length a of the light emitted from the
上記の評価系を用いて、TE偏光およびTM偏光の入射光の両方についての検出画像が評価された。 Using the above evaluation system, detected images for both TE-polarized and TM-polarized incident light were evaluated.
図9は、TE偏光およびTM偏光の光を入射した場合の検出画像を示す図である。当該検出画像には前述の演算処理が施されている。各検出画像は、位相差が大きく検出された箇所において輝度が低くなるように表示されている。また、光検出器によって検出されない光量には、両隣の画素の光量の平均値が用いられた。当該平均値は、Q0=(Q1+Q2)/2、またはq0=(q1+q2)/2である。 FIG. 9 is a diagram showing a detection image when light of TE-polarized light and TM-polarized light is incident. The above-mentioned arithmetic processing is applied to the detected image. Each detected image is displayed so that the brightness becomes low at a place where a large phase difference is detected. Further, as the amount of light not detected by the photodetector, the average value of the amount of light of the pixels on both sides was used. The average value is Q0 = (Q1 + Q2) / 2, or q0 = (q1 + q2) / 2.
検出画像では、導波方向であるX方向における位相差が検出された。位相差は、被写体の段差に相当する。 In the detected image, the phase difference in the X direction, which is the waveguide direction, was detected. The phase difference corresponds to the step of the subject.
図9に示すように、コヒーレンス長a=18mmもしくはa=26μmのTE偏光の光を入射した場合、または、コヒーレンス長a=26μmのTM偏光の光を入射した場合、主に段差が存在する箇所において、位相差の発生が検出されている。しかし、コヒーレンス長a=18mmのTM偏光の光を入射した場合、本来位相差が発生していない、その周辺においても、位相差が発生しているように検出されている。これがゴーストである。 As shown in FIG. 9, when a TE-polarized light having a coherence length of a = 18 mm or a = 26 μm is incident, or when a TM-polarized light having a coherence length a = 26 μm is incident, a step is mainly present. In, the occurrence of a phase difference has been detected. However, when TM-polarized light having a coherence length of a = 18 mm is incident, it is detected that the phase difference is generated even in the periphery where the phase difference is not originally generated. This is a ghost.
図9に示す例から、コヒーレンス長a=18mmの場合、特にTM偏光の光を入射したときにゴーストが多く発生することがわかる。これは、a=18mmが前述の式(8)を満たしていないことに起因する。 From the example shown in FIG. 9, it can be seen that when the coherence length a = 18 mm, a large amount of ghosts are generated especially when TM-polarized light is incident. This is because a = 18 mm does not satisfy the above-mentioned equation (8).
一方、コヒーレンス長a=26μmまで短くすると、TM偏光の光を入射したときでも、コヒーレンス長a=18mmの場合と比べて、ゴーストが低減されることがわかる。コヒーレンス長a=26μmは、前述の式(8)を満たしていることがわかる。 On the other hand, when the coherence length a = 26 μm is shortened, it can be seen that even when TM-polarized light is incident, the ghost is reduced as compared with the case where the coherence length a = 18 mm. It can be seen that the coherence length a = 26 μm satisfies the above-mentioned equation (8).
前述したように、本実施例から、本実施形態における撮像装置4では、検出画像に現れるゴーストの低減、および位相差のより精度の高い測定という特別の効果が得られることがわかる。入射光がTM偏光の成分を含んでいても、特別の効果が得られる。
As described above, from the present embodiment, it can be seen that the
本実施例では、コヒーレンス長aを特定の値に固定して、検出画像が取得された。一方、導波距離bを基準として、コヒーレンス長aを、例えば前述の式(8)の範囲内において調整して、複数の異なる検出画像を取得してもよい。この場合、複数の検出画像から、被写体のより詳細な光学的特性を得ることができる。 In this embodiment, the coherence length a was fixed to a specific value, and a detected image was acquired. On the other hand, the coherence length a may be adjusted within the range of the above equation (8) with reference to the waveguide distance b to acquire a plurality of different detection images. In this case, more detailed optical characteristics of the subject can be obtained from the plurality of detected images.
(コヒーレンス長の測定方法)
以下では、コヒーレンス長aの測定方法の一例を説明する。
(Measuring method of coherence length)
Hereinafter, an example of a method for measuring the coherence length a will be described.
図10は、コヒーレンス長aの測定に用いられる測定系を模式的に示す図である。当該測定系は、いわゆるマイケルソン干渉計である。光源1001から出射された光は、ハーフミラー1006によって分岐される。分岐された2つの光路の光は、それぞれミラー1005aおよびミラー1005bで反射された後、再度ハーフミラー1006によって結合される。これにより、干渉像が得られる。一方のミラー1005aを光軸方向に動かして光路長差を変化させながら、干渉像がカメラ1004によって観測される。
FIG. 10 is a diagram schematically showing a measurement system used for measuring the coherence length a. The measurement system is a so-called Michelson interferometer. The light emitted from the
図11は、光路長差と干渉像の可視度との関係をプロットした結果を示す図である。可視度(visibility)は、干渉縞の明暗のコントラストの大きさを意味する。プロット点をガウシアン曲線で近似して、可視度がピーク値の1/eになる光路長差を、コヒーレンス長aとした。図11に示す例では、コヒーレンス長a=26μmが算出された。 FIG. 11 is a diagram showing the results of plotting the relationship between the optical path length difference and the visibility of the interference image. Visibility means the magnitude of the contrast between the light and dark of the interference fringes. The plot points were approximated by a Gaussian curve, and the optical path length difference in which the visibility was 1 / e of the peak value was defined as the coherence length a. In the example shown in FIG. 11, the coherence length a = 26 μm was calculated.
(導波距離の測定方法)
以下では、導波距離bの測定方法の一例を説明する。
(Measurement method of waveguide distance)
Hereinafter, an example of a method for measuring the waveguide distance b will be described.
図12は、測定系の例を模式的に示す図である。光源1201には、予想される導波距離bと比較して、例えば1m以上の十分に長いコヒーレンス長aを有するレーザが用いられる。当該レーザは、例えば連続発振させたシングルモードDFBレーザである。
FIG. 12 is a diagram schematically showing an example of a measurement system. As the
位相差サンプル1202には、前述の実施例において用いられた位相差サンプル82と同様のくぼみが形成される。くぼみの深さは、検出画像における輝度の明暗の差が最大になるように設定される。当該深さは、例えば180度の位相差に相当する。
The
レンズ光学系1203によって撮像装置1204上に像が形成される。前述の演算処理によって検出画像が得られる。撮像装置1204の代わりに、図8に示すように、遮光膜9と光結合層12とを備える光学素子84を透過した光を顕微鏡によって観測してもよい。
An image is formed on the
図13は、距離と、検出画像における輝度との関係をプロットした結果を示す図である。図13に示す例では、検出画像においてY方向に平均化された輝度が、X方向に沿ってプロットされている。Y方向に平均化された輝度が最も暗くなる箇所を距離ゼロとする。なお、輝度は、最も暗い値を1、最も明るい値をゼロとして規格化されている。プロット点を指数関数で近似して、輝度がピーク値の1/eになる距離を、導波距離bとした。図13に示す例では、導波距離b=18μmが算出された。 FIG. 13 is a diagram showing the result of plotting the relationship between the distance and the brightness in the detected image. In the example shown in FIG. 13, the luminance averaged in the Y direction in the detected image is plotted along the X direction. The distance is zero at the point where the brightness averaged in the Y direction is the darkest. The brightness is standardized with the darkest value being 1 and the brightest value being zero. The plot points were approximated by an exponential function, and the distance at which the brightness became 1 / e of the peak value was defined as the waveguide distance b. In the example shown in FIG. 13, the waveguide distance b = 18 μm was calculated.
本開示における撮像装置は、産業用、医療用、美容用、セキュリティ用、または車載用などの測定に応用することができる。また、例えば、デジタルスチルカメラまたはビデオカメラに、位相分布またはコヒーレンス分布などの新たな撮像機能を付加することができる。 The imaging device in the present disclosure can be applied to measurement for industrial use, medical use, beauty use, security use, in-vehicle use, and the like. Further, for example, a new imaging function such as a phase distribution or a coherence distribution can be added to a digital still camera or a video camera.
100 撮像システム
1、81、1001、1201 光源
2 被写体
3、83、1203 レンズ光学系
4、1004、1204、1401 撮像装置
5 入射光
9 遮光膜
9a、1402a 開口部
9A、1402A 遮光部
10、1404 光検出器
10a、1404a 第1の光検出器
10A、1404A 第2の光検出器
11a 第1のマイクロレンズ
11a 第2のマイクロレンズ
12、1403 光結合層
82、1202 位相差サンプル
84 光学素子
1005a、1005b ミラー
1006 ハーフミラー
100
2 Subject
3, 83, 1203
Claims (8)
前記光結合層下に配置され、撮像面を有し、前記撮像面に沿って周期的に配置された複数の光検出器と、
を備え、
前記光のコヒーレンス長をa[μm]とし、
前記光結合層内を前記グレーティングが周期を有する方向に沿って導波する光の導波距離をb[μm]とし、
前記複数の光検出器が有する周期をp[μm]とするとき、
撮像装置。 An optical coupling layer that includes a grating and guides the light when light of a predetermined wavelength and a predetermined angle of incidence is incident.
A plurality of photodetectors arranged under the optical coupling layer, having an imaging surface, and periodically arranged along the imaging surface.
With
Let the coherence length of the light be a [μm].
The waveguide distance of light that is guided in the optical coupling layer along the direction in which the grating has a period is b [μm].
When the period of the plurality of photodetectors is p [μm],
Imaging device.
前記複数の光検出器は、複数の第1の光検出器および複数の第2の光検出器を含み、
前記遮光膜は、交互に配置された複数の開口部および複数の遮光部を備え、
前記複数の開口部は、それぞれ前記複数の第1の光検出器に対向し、
前記複数の遮光部は、それぞれ前記複数の第2の光検出器に対向し、
請求項1に記載の撮像装置。 A light-shielding film arranged on the photobonding layer is provided.
The plurality of photodetectors include a plurality of first photodetectors and a plurality of second photodetectors.
The light-shielding film includes a plurality of alternately arranged openings and a plurality of light-shielding portions.
The plurality of openings face each of the plurality of first photodetectors, and the plurality of openings face each other.
The plurality of light-shielding portions face each of the plurality of second photodetectors, respectively.
The imaging device according to claim 1.
前記第1の高屈折率層は、前記第1の低屈折率層および前記第2の低屈折率層よりも高い屈折率を有する、
請求項1または2に記載の撮像装置。 The optical coupling layer is placed on the first low refractive index layer, the first high refractive index layer arranged on the first low refractive index layer and containing the grating, and on the first high refractive index layer. Including a second low index layer arranged
The first high refractive index layer has a higher refractive index than the first low refractive index layer and the second low refractive index layer.
The imaging device according to claim 1 or 2.
請求項1から3のいずれかに記載の撮像装置。 The coherence length of light is
The imaging device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から3のいずれかに記載の撮像装置。 The coherence length of light is
The imaging device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から5のいずれかに記載の撮像装置。 The plurality of photodetectors are arranged two-dimensionally.
The imaging device according to any one of claims 1 to 5.
請求項1から6のいずれかに記載の撮像装置。 The light incident on the optical coupling layer contains a component of TM polarized light.
The imaging device according to any one of claims 1 to 6.
コヒーレンス長aの前記光を出射する光源と、
を備える、
撮像システム。 The imaging device according to any one of claims 1 to 7.
A light source that emits the light having a coherence length a and
To prepare
Imaging system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2019/021283 WO2019244587A1 (en) | 2018-06-19 | 2019-05-29 | Image capturing device and image capturing system |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018115984 | 2018-06-19 | ||
JP2018115984 | 2018-06-19 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2021152450A true JP2021152450A (en) | 2021-09-30 |
Family
ID=77886438
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018135134A Pending JP2021152450A (en) | 2018-06-19 | 2018-07-18 | Imaging device, and imaging system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2021152450A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11450706B2 (en) * | 2017-10-31 | 2022-09-20 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Structural body, imaging device and method for manufacturing the structural body |
-
2018
- 2018-07-18 JP JP2018135134A patent/JP2021152450A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11450706B2 (en) * | 2017-10-31 | 2022-09-20 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Structural body, imaging device and method for manufacturing the structural body |
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